[論文レビュー] The third dredge-up and the carbon star luminosity functions in the Magellanic Clouds

Paola Marigo, L. Girardi+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、熱脈動的パルスを示す赤色超巨星分類星（TP-AGB星）における第3の混入の再考されたモデルを提示する。このモデルは、対流包層の基部における温度基準（T_b^dred）を用いて、炭素星の形成を予測する。Z=0.008およびZ=0.004をそれぞれ有する大マジラン銀河（LMC）および小マジラン銀河（SMC）において、炭素星の明るさ関数（CSLF）を良好に再現し、明るさ関数のきわめて明るい側はT_b^dredによって支配され、ピークは効率パラメータλによって支配され、最良の適合はλ=0.50およびlog(T_b^dred)=6.4で達成される。

ABSTRACT

We investigate the formation of carbon stars as a function of the stellar mass and parent metallicity. Theoretical modelling is based on an improved scheme for treating the third dredge-up in synthetic calculations of thermally pulsing asymptotic giant branch (TP-AGB) stars. In this approach, the usual criterion (based on a constant minimum core mass for the occurrence of dredge-up, M_c^min) is replaced by one on the minimum temperature at the base of the convective envelope, T_b^dred, at the stage of the post-flash luminosity maximum. Envelope integrations then allow determination of M_c^min as a function of stellar mass, metallicity, and pulse strength (see Wood 1981), thus inferring if and when dredge-up first occurs. Moreover, the final possible shut down of the process is predicted. Extensive grids of TP-AGB models were computed using this scheme. We present and discuss the calibration of the two dredge-up parameters (lambda and T_b^dred) aimed at reproducing the carbon star luminosity function (CSLF) in the LMC. It turns out that the faint tail is almost insensitive to the history of star formation rate (SFR) in the parent galaxy (it is essentially determined by T_b^dred), in contrast to the bright wing which may be more affected by the details of the recent SFR. Once the faint end is reproduced, the peak location is a stringent calibrator of lambda. The best fit to the observed CSLF in the LMC is obtained with Z=0.008, lambda=0.50, log(T_b^dred)=6.4, and a constant SFR up to 5x10^8 yr ago. A good fit to the CSLF in the SMC is then easily derived from the Z=0.004 models, with a single choice of parameters, and a constant SFR over the entire significant age interval. The results are consistent with the theoretical expectation that the third dredge-up is more efficient at lower Zs.

研究の動機と目的

• TP-AGB星における第3の混入の理論的モデリングを改善するため、固定された核質量基準を対流包層の基部における温度閾値に置き換える。
• LMCおよびSMCにおける観測された炭素星明るさ関数（CSLF）に照らして、混入パラメータ（λおよびT_b^dred）をキャリブレーションする。
• 星の質量、金属量、星形成歴が炭素星の形成および明るさ分布に与える影響を調査する。
• CSLFの明るさが低い尾部および明るい翼部が混入効率および星形成率（SFR）歴にどれほど敏感であるかを特定する。

提案手法

• 従来のM_c^min基準を、ポストフラッシュ時の明るさ最大時における対流包層基部の最小温度閾値T_b^dredに置き換える。
• 包層統合を用いて、星の質量、金属量、パルス強度の関数としてM_c^minを計算し、混入がいつ、そしてどの程度発生するかを予測可能にする。
• LMCおよびSMCにおける観測されたCSLFに一致させるために、λ（混入効率）およびT_b^dredを変化させた広範なTP-AGBモデルのグリッドを用いる。
• 合成されたCSLFと観測データを比較してパラメータをキャリブレーションし、CSLFのきわめて明るい側とピークを再現するようにλおよびT_b^dredを調整する。
• 星形成歴の影響を評価するため、LMCでは5×10^8年前までの一定SFRを、SMCでは全有意義な年齢区間を用いてテストする。
• Z=0.008をLMC、Z=0.004をSMCとして、モデル予測を両銀河の観測CSLFと照合して妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 固定された核質量基準を温度基準（T_b^dred）に置き換えることで、TP-AGB星における第3の混入発生の予測がどの程度向上するか？
• RQ2 大マジラン銀河（LMC）における観測された炭素星明るさ関数を最もよく再現するλおよびT_b^dredの値は何か？
• RQ3 CSLFのきわめて明るい側が星形成歴にどれほど敏感であり、何がそれを支配する物理的パラメータか？
• RQ4 CSLFの明るい翼部が最近の星形成活動および混入効率にどの程度依存するか？
• RQ5 異なる金属量を持つLMCおよびSMCの両方のCSLFを、同じ混入パラメータセットで再現できるか？

主な発見

• LMCにおける炭素星明るさ関数（CSLF）のきわめて明るい側は、星形成率（SFR）歴にほとんど感応せず、主に温度閾値T_b^dredによって支配される。
• CSLFのピーク位置は混入効率パラメータλのきびしいキャリブレーターであり、最良の適合はλ=0.50で達成される。
• LMCの最良適合モデルは、Z=0.008、λ=0.50、log(T_b^dred)=6.4、および過去5×10^8年間の一定SFRを用いる。
• SMCのCSLFに対しても良好な適合が、Z=0.004、同じλおよびT_b^dred値、および全有意義な年齢区間の一定SFRを用いて達成される。
• 理論的期待と一致して、金属量が低いほど第3の混入がより効率的であることが確認され、Z=0.004で観測とより良好に一致する。
• 結果として、温度基準（T_b^dred）が炭素星形成をモデリングする上で物理的に整合性があり、予測可能なフレームワークを提供することが示された。